汽车用止推垫圈成型工艺研究

杨培娟，黄贺

（浙江经贸职业技术学院，浙江 杭州 310018）

汽车用止推垫圈成型工艺研究

杨培娟，黄贺

（浙江经贸职业技术学院，浙江 杭州 310018）

以热塑性聚酰亚胺(TPI)为基体材料，添加少量润滑剂得到聚酰亚胺复合颗粒。对其进行注射成型，主要探讨了注射成型温度和压力对其成型和性能的影响。结果表明，随着注塑温度升高，TPI试样的拉伸强度、冲击强度和压缩强度都提高，当注塑温度超过360℃时，力学性能有所下降，注塑温度过高或过低都会使试样性能下降；在合适的注射温度下，适当提高注塑压力，有利于提高试样的力学性能。最佳的注塑工艺条件为：注塑温度360℃，注塑压力120-150MPa。最后，通过优化的注塑成型工艺成功制备出汽车用止推垫圈，经试用，完全符合汽车用止推垫圈性能要求。

聚酰亚胺；注塑成型；止推垫圈

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.029

CLC NO.:U463.9 Document Code:A Article ID:1671-7988(2016)01-83-03

前言

止推垫圈是汽车配件中关键零部件之一，其主要功能是当汽车在行驶中发动机曲轴受到热膨胀而伸长或受斜齿轮及离合器等的轴向力作用而产生轴向移动时，避免曲轴与机体之间产生直接接触。止推垫圈最早采用进口铜铅合金双金属带加工而成[1]，其生产工艺有两个步骤：(1)铜铅合金双金属带：钢带→清理去油→镀铜→铺铜铅合金粉→一次烧结→轧制→二次烧结→轧制→退火→成品合金带；(2)加工工艺流程：卷料校直→切断带料→冲切坯料→洗油槽→去毛刺→车钢背面→倒合金面内角→去毛刺→中间检查→镀锡→精车合金面→去毛刺→终检。金属止推垫圈在生产和使用过程中容易发生合金层的剥落现象[1]。因为金属止推垫圈摩擦性能不稳定，容易发生合金层剥离现象，而且生产工艺复杂，生产成本高，因此人们开始采用塑料来代替金属材料生产止推垫圈，止推垫圈功效要求所采用的材料具有耐摩擦性能好，蠕变小，适合高速运转，耐温性好，且机械强度高等特点。中国科学院兰州化学物理研究所[2]研究了塑料-金属三层复合自润滑材料应用在止推垫圈等方面，指出这种材料综合了金属和塑料的优点，而且机械强度高、摩擦系数低、耐热性好、热膨胀系数小、导热性能优良、使用温度范围宽等特性。美国BP Amoco化学品和工程聚合物公司在原Amoco公司的技术和产品基础上推出许多出许多汽车业用工程塑料，具有高比强度和高比刚性，其中聚酰胺亚胺(PAI，商品名Torlon)系列牌号已成功地用于汽车部件上，替代老的传统材料，使部件性能更好，寿命更长[3]。

汽车用止推垫圈正在由金属材料向高分子材料发展，满足轻量化、环保要求。由于止推垫圈工况条件苛刻，通常在高温、高速摩擦下使用，需要材料具有高强度、耐高温、尺寸稳定性佳、耐磨损性能优异等性能。本文在前期研究的基础上[4,5]，拟将国产聚酰亚胺为基体材料，通过注塑成型制备汽车用止推垫圈，优化了注塑成型工艺条件，为生产汽车用止推垫圈提供帮助。

1、实验部分

1.1 原料

热塑性聚酰亚胺，牌号SS100，杭州塑盟特科技有限公司；石墨，聚四氟乙烯，市售。

1.2 试样和产品制备

将热塑性聚酰亚胺(SS100)，和少量石墨和聚四氟乙烯经过双螺杆挤出机(CTE-35，南京科倍隆公司)挤出造粒，然后在立式注塑机注塑成型，得到所需测试样条和制品。

1.3 性能测试

拉伸性能：GB/T 1447-2005 《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》

冲击性能(简支梁无缺口)：GB/T 1451-2005《纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法》

压缩强度：GB/T1041-2008《塑料 压缩性能的测定》

2、成型工艺及制品形态

2.1 注塑成型工艺流程图

注塑成型工艺主要有：成型前烘干处理和加温塑化，注塑成型过程，和制品退火处理，具体见图1。

图1 注塑成型流程图

2.2 产品形态

聚酰亚胺(PI)是指大分子链由酰亚胺重复结构单元组成的一类聚合物，PI由于综合性能非常优异，尤其是具有突出的机械强度、尺寸稳定性、阻燃性、耐化学性能和耐摩擦性能，得到越来越广泛的应用。PI分子链存在苯环，熔融温度高且熔体黏度大，对水分敏感，高温下易降解，制品易产生内应力，如成型工艺控制不当，会产生杂质、变色、银纹、高温分解碳化等问题，极大地影响了制品的性能，因此PI属于难成型加工的塑料。作者首次提出以国产聚酰亚胺为基体材料，通过添加少量润滑剂和耐磨剂，研究其注塑成型工艺，通过工艺优化，成功生产出性能优异的止推垫圈产品。注射成型最重要的工艺条件是影响塑化与注射成型和冷却定型的温度、压力及相应的作用时间[6]。

图2 聚酰亚胺形态及两种温度下注塑样条

根据实际工作经验，PI的注塑温度一般在300℃以上，注塑压力保持在120MPa，模具温度为200℃，考察在320℃和360℃两种注塑温度对其成型性能的影响，注塑的样条分别见图2(b,c)。由图2可以看出，当注塑温度过低时，因为PI熔体黏度过大，流动性太差，出现了充模不满和银纹紊乱等现象，制品不密实，机械性能一般。提高注塑温度至360℃，物料熔体黏度降低，流动性增强，有利于充模，同时银纹消失，制品质量明显改善，见图2(c)。由此可见，注塑温度设在360℃左右比较合适。

3、注塑成型工艺优化

3.1 注塑温度、注射压力对机械性能的影响

选择不同的温度340℃、360℃、380℃，和注射压力100MPa、120MPa、150MPa下进行注塑成型，考察温度和压力对样品力学性能的影响，结果见表1。

表1 注塑温度和注塑压力对机械性能的影响

从表中可以看出，当注塑温度较低时，制品的机械强度较差，在此温度条件下，提高注射压力并不能提高机械强度，这是因为温度较低，聚酰亚胺物料没有充分熔融，流动性差，注射过程中充模不好，提高注射压力虽然能提高物料的流动性，但由于内部混合不均匀，导致内应力增加，从而使得机械强度降低。提高注塑温度到360℃，制品的拉伸强度、冲击强度和压缩强度明显提高，随着注塑温度的升高，物料熔体粘度降低，流动性增大，使得熔体冲模顺利，制品内部温度和压力分布均匀，因此性能随之提高。此时，提高注射压力，熔体的冲模更加充分，制品内部更加致密，力学性能大幅提高，这是因为提高注射压力可增加熔体剪切力，使流动的分子链取向程度提高，从而有利于提高制品的机械强度。而进一步提高注塑温度至380℃时，熔体粘度更低，流动性进一步增强，在较低的注塑压力下，就可以获得理想的机械强度。此时提高注射压力，制品的内应力会增大，使得拉伸强度和冲击强度下降。此外，随着熔体温度的升高，分子链活动性增强，解取向作用提高，导致分子链取向降低。注射压力提高虽然会提高分子取向，但随着流动性提高，冲模时间减少，分子链受剪切力的作用时间也减少，相对的熔体在模具中的保压时间增加，此时物料熔体温度较高，松弛过程加快，在一定程度上抵消因提高注射压力而产生的剪切作用[7]。另外，由于熔体温度过高，再加上料筒里螺杆的剪切作用，可能会产生部分分子链降解，从而导致制品的机械强度下降。

从上所述，注射温度和压力对制品的机械性能影响情况比较复杂，过高或过低温度都不利于制品性能的提高，其最佳的成型工艺条件为：注塑温度：360℃，注射压力120-150MPa。

3.2 止推垫圈产品形态

图3显示的是在上述优化的注塑工艺条件下注塑成型的止推垫圈制品，将(a)中带流道的止推垫圈中的流道剪去，得到(b)所示的止推垫圈成品。可以看出，本文制备的产品流道充满，色泽均匀，韧性好，充实度高，产品致密，性能优异。经过客户试用，完全符合汽车用止推垫圈的各项性能要求。

4、结论

采用国产热塑性聚酰亚胺为原料，考察了注塑成型工艺对其机械性能的影响，确定最佳成型工艺条件：在360℃下，注射压力为120-150MPa。在上述优化的注塑成型工艺条件下，成功生产出汽车用高分子材料止推垫圈。

[1] 蒋玉琴. 6102发动机止推垫片合金层剥落原因分析[J]. 理化检验-物理分册. 2000, 36(7), 318-320.

[2] 朱才录. 国产塑料--金属三层复合自润滑材料的性能及其应用[J].摩擦学学报. 1984, 3:172-178.

[3] 唐伟家. 汽车用聚酰胺亚胺[J]. 上海塑料. 2003. 3(1):42-43.

[4] 王锐兰，杨培娟，查道鑫，黄健. 热固性聚酰亚胺/石墨复合材料性能[J]. 塑料. 2013, 42(4):90-93.

[5] 杨培娟,黄健. 热塑性聚酰亚胺/玄武岩纤维复合材料[J]. 塑料. 2014, 43(3):85-88.

[6] 刘守荣. 塑料成型工程学[M]. 北京:机械工业出版社, 2006.

[7] 孔玲佩,肖作良, 段友顺, 等. 聚碳酸酯注塑工艺条件研究[J]. 工程塑料应用. 2015,43(5):54-57.

Study on Injection Molding Technology of the Thrust Washer

Yang Peijuan, Huang He
（Zhejiang Economic & Trade Polytechnic, Zhejiang Hangzhou 310018）

By using thermoplastic polyimide (TPI) as the matrix and some lubricants, the composite pellets were made through extrusion process. Taking these pellets as raw material for injection molding, the effects of injection temperature and pressure on the molding properties were also investigated. The results show that with the increase of the injection temperature, the tensile strength, impact strength, and compressive strength of the samples molded increase. When the injection temperature is above 360℃, the mechanical properties of the samples molded decrease. As the injection temperature is fixed at 360℃, increasing the injection pressure can improve the molding properties. The optimal injection molding conditions of TPI are that the injection temperature is 360℃, and the injection pressure is 120-150MPa. In a word, the thrust washers molded meet the requirements for the automobile vehicle.

Polyimide; Injection molding; Thrust washer

U463.9

A

1671-7988(2016)01-83-03

杨培娟，硕士、讲师，就职于浙江经贸职业技术学院应用工程系汽车技术服务与营销专业教师。主要从事汽车材料和应用技术研究。

2014年浙江省大学生科技创新活动新苗计划项目，项目编号：2014R441001。